CN101200734A - 膨化法预处理植物纤维生产燃料酒精的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用膨化法预处理植物纤维生产燃料酒精的方法，它是将植物纤维原料切段，通过高压爆破处理，制得膨化植物纤维，再经纤维素酶和木聚糖酶联合酶解后同步发酵，蒸馏提纯即制得酒精。采用该方法生产酒精，能够充分利用作物秸杆及其它禾本科植物纤维，变废为宝，不仅原料来源广、成本低、而且适合工业化生产，可实现燃料酒精生产中粮食原料的取代，具有明显的经济及社会效益。

Description

膨化法预处理植物纤维生产燃料酒精的方法

技术领域

本发明属于酒精制作技术领域，特别是一种利用膨化法预处理植物纤维生产燃料酒精的方法。

背景技术

酒精是一种重要的工业原料，其用途非常广泛，在公知的技术中，酒精的生产大多以粮食为原料，不仅生产成本高，而且由于粮食原料的紧缺制约着酒精工业的发展。近时期以来，用无水酒精作为可再生能源代替石油的趋势日渐明显，但关键是必须开辟新的原料资源，降低酒精的生产成本，所以利用成本低廉的植物纤维为生产燃料酒精的原料成为重要的研究课题。在我国，资源广泛的禾本科植物中仅农作物秸杆每年大约有7亿吨，其纤维含量在4～5亿吨，如能用来将其转化为人类可利用的能源——燃料酒精，则具有重大的意义和广阔的前景。然而，目前为止，利用农作物秸杆制作燃料酒精的工业化生产技术还未得到较为理想的解决。

发明内容

本发明的目的就在于利用生物技术，提供一种能够利用禾本科植物纤维原料，特别是利用农作物规模化生产酒精的膨化法预处理植物纤维生产燃料酒精的方法。

实现本发明的目的所采取的技术方案是：该方法采用以下步骤：

(1)预处理：将植物纤维原料粉碎为1～10厘米的碎段，置入膨化罐内并密封，通入蒸汽升压至1.5～2.0MPa，保压2～5分钟后启封，靠罐内压力将植物纤维原料喷出成为絮状纤维，然后将其加入1～8倍重量的水清洗浸泡1～5小时，通过挤压制得含水率为60～80％的膨化植物纤维；

(2)糖化：将制得的膨化植物纤维与水按1∶2～3的重量比混合均匀，用硫酸调整控制PH值在3.5～6.5之间，加入膨化植物纤维重量4～8％的液体纤维素酶和1.5～3.0％的固体木聚糖酶，在25～60℃温度条件下酶解糖化成为浆料，糖化过程中每隔2～10小时补加一次膨化植物纤维，每次补加量为初始加入量的20～50％，糖化10～40小时之内补加完毕，然后继续酶解至植物纤维糖化液含量达到浆料的8％～12％，过滤去渣，制得植物纤维糖化液；

(3)发酵：在制得的植物纤维糖化液中加入5～30％重量的木糖-葡萄糖基因工程酵母，在20～40℃温度下发酵，并用硫酸调整控制PH值在3.5～6.5之间，发酵8～12小时后，加放占发酵液重量5～15％的膨化植物纤维，12～30小时后同量再补加一次，然后再继续发酵48～60小时，得到乙醇含量为６～8％(v/v)的酒精发酵成熟醪；

(4)蒸馏：将酒精发酵成熟醪送入蒸馏塔中，通过三塔蒸馏、脱水即可制得燃料酒精。

所述植物纤维原料可采用谷类作物秸杆或蔗糖残渣或其它禾本科植物秸杆。

按照上述方法生产燃料酒精，可充分利用玉米、小麦、稻谷、高粱等各种农作物秸杆或蔗糖残渣以及其他禾本科植物纤维原料，变废为宝，成本价廉、资源充裕，能够实现工业化大生产，可有效解决燃料酒精工业的粮食原料短缺的难题，并能大大降低酒精生产成本，而且制取酒精后的发酵残液中还可提取具有较高价值的木质素，生产酒精过程中产生的糟渣可以作为饲料用于牲畜养殖，也可用作建材原料，具有明显的经济及社会效益。

具体实施方式

本发明采用膨化的方法对植物纤维进行预处理，能有效地加快原料的酶解，并通过糖化、发酵、蒸馏提纯制得燃料酒精，解决了利用资源充裕而且价格低廉的植物纤维取代粮食原料的难题，不仅能大大降低酒精的生产成本，而且开辟了新的可再生能源。该方法制做酒精可采用玉米、小麦、稻谷、高粱等各种农作物秸杆作为原料，也可采用蔗糖残渣或其他禾本科植物纤维原料，取材广泛，资源充足。生产的酒精可以用作乙醇汽油替代石油产品，也可用作工业酒精，而且生产酒精过程中产生的糟渣可以作为饲料用于牲畜养殖，也可用作建材原料，能够取得更高的经济效益

实施例1

下面以小麦秸秆为例具体说明。

首先，将小麦秸秆截为1～10厘米的小段，放入膨化罐内，封罐利用蒸汽升压至2.0MPa，保压5分钟之后启封，利用罐内压力将小麦秸秆喷出，得到膨化的絮状小麦秸秆，再用其重量8倍的水清洗浸泡5小时，得到浆料，然后用挤压机挤压浆料制得水洗过的含水量为60～80％的膨化小麦秸秆，将其与水按1∶3的重量比混合均匀，用硫酸调整控制PH值在3.5～6.5之间，加入膨化小麦秸秆重量8％的液体纤维素酶和3.0％的固体木聚糖酶，在60℃条件下酶解糖化。糖化过程中补加膨化小麦秸秆1次或多次，每次补加量为初始量的50％，一般10小时补加一次，在糖化40小时之内补加完毕，然后继续酶解至浆料明显变稀，滤渣可以得到大约8％～12％的小麦秸秆糖化液。将制得的小麦秸秆糖化液置入发酵罐内，加入其重量30％的同步发酵木糖-葡萄糖的基因工程酵母，在40℃温度下发酵，用硫酸调整控制PH值在3.5～6.5之间，发酵12小时后向发酵液中补加约占发酵液质量15％的膨化小麦秸秆，30小时后再补加一次，然后再继续发酵60小时，得到乙醇含量约6～8％(v/v)的酒精发酵成熟醪。最后将酒精发酵成熟醪用泵打入蒸馏塔中，通过三塔蒸馏、脱水即可制得燃料酒精。

实施例2

以玉米秸秆以1∶1混合为例具体说明：

生产方法与采用小麦秸秆原料基本相同，所不同在于：膨化压力为1.5MPa，保压2分钟，清洗加水量为膨化秸杆重量相等，酶解糖化加水量为含水60～80％的膨化小麦秸秆重量的2倍，液体纤维素酶和固体木聚糖酶的加入量分别为膨化小麦秸秆重量的4％和1.5％，酶解糖化温度为25℃。糖化过程中补加膨化小麦秸秆的每次补加量为初始量的20％，一般2小时补加一次，在糖化10小时之内补加完毕，然后继续酶解至浆料明显变稀，滤渣可以得到大约8％～12％的小麦秸秆糖化液。发酵过程同步发酵木糖-葡萄糖的基因工程酵母的加入量为糖化液重量的20％，发酵温度为20℃，发酵过程中膨化小麦秸秆的补加量为发酵液重量的5％，继续发酵时间为48小时。

实施例3

再以小麦秸秆和玉米秸秆以1∶1混合为例说明：

生产方法与采用小麦秸秆原料基本相同，所不同在于：膨化压力为1.7MPa，保压4分钟，浸泡加水量为絮状秸杆重量的5倍，浸泡时间为3小时，酶解糖化加水量为膨化小麦秸秆重量的2.5倍，液体纤维素酶和固体木聚糖酶的加入量分别为膨化小麦秸秆重量的6％和2.3％，酶解糖化温度为45℃。糖化过程中补加含水量为膨化小麦秸秆的每次补加量为初始量的35％，一般6小时补加一次，在糖化24小时之内补加完毕，然后继续酶解至浆料明显变稀，滤渣可以得到大约8％～12％的小麦秸秆糖化液。发酵过程同步发酵木糖和葡萄糖的基因工程酵母的加入量为糖化液重量的5％，发酵温度为30℃，发酵过程中膨化小麦秸秆的补加量为发酵液重量的10％，继续发酵时间为54小时。

Claims (2)

1.一种利用植物纤维原料生产酒精的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)预处理：将植物纤维原料粉碎为1～10厘米的碎段，置入膨化罐内并密封，通入蒸汽升压至1.5～2.0MPa，保压2～5分钟后启封，靠罐内压力将植物纤维原料喷出成为絮状纤维，然后将其加入1～8倍重量的水清洗浸泡1～5小时，通过挤压制得含水率为60～80％的膨化植物纤维；

(2)糖化：将制得的膨化植物纤维与水按1∶2～3的重量比混合均匀，用硫酸调整控制PH值在3.5～6.5之间，加入膨化植物纤维重量4～8％的液体纤维素酶和1.5～3.0％的固体木聚糖酶，在25～60℃温度条件下酶解糖化成为浆料，糖化过程中每隔2～10小时补加一次膨化植物纤维，每次补加量为初始加入量的20～50％，糖化10～40小时之内补加完毕，然后继续酶解至植物纤维糖化液含量达到浆料的8％～12％，过滤去渣，制得植物纤维糖化液；

(3)发酵：在制得的植物纤维糖化液中加入5～30％重量的木糖-葡萄糖基因工程酵母，在20～40℃温度下发酵，并用硫酸调整控制PH值在3.5～6.5之间，发酵8～12小时后，加放占发酵液重量5～1 5％的膨化植物纤维，12～30小时后同量再补加一次，然后再继续发酵48～60小时，得到乙醇含量为6～8％(v/v)的酒精发酵成熟醪；

(4)蒸馏：将酒精发酵成熟醪送入蒸馏塔中，通过三塔蒸馏、脱水即可制得燃料酒精。

2.根据权利要求1所述的利用植物纤维原料生产酒精的方法，其特征在于：所述植物纤维原料可采用谷类作物秸杆或蔗糖残渣或其它禾本科植物秸杆。